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車輪是動車組走行部的重要零件，其品質(zhì)直接決定車輪的運(yùn)行品質(zhì)。目前我國的高鐵車輪大量依靠進(jìn)口，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)也在加緊研制，并取得相關(guān)成果。
動車組車輪有多種型號及尺寸規(guī)格。按其結(jié)構(gòu)分為整體輪和輪箍輪。整體輪按其材質(zhì)又可分為輾鋼輪，鑄鋼輪等。輾鋼輪力學(xué)性能好，應(yīng)用廣泛；鑄鋼輪成本低廉，具有很好的發(fā)展前景和競爭力。輪箍輪是由輪箍、輪心、扣環(huán)組裝而成，運(yùn)營性能較差，已經(jīng)很少使用了。
1、鑄鋼整體輪的生產(chǎn)工藝鑄鋼整體輪是采用鑄造工藝生產(chǎn)輪坯，再經(jīng)過表面處理和機(jī)械加工來獲得成品。全球鑄鋼車輪企業(yè)以美國的Griffin公司和Abex公司為代表，主要采用整體石墨模、壓力鑄型等新工藝新設(shè)備生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代后期，我國大同機(jī)車廠與美國ABC公司合資，成立了大同ABC鑄造有限公司，率先引進(jìn)鑄鋼車輪生產(chǎn)線，目前是我國鑄鋼輪的主要產(chǎn)地。
鑄鋼車輪的生產(chǎn)工藝流程如下：原料—高爐冶煉—鋼液出爐—石墨鑄造—鑄件清理—熱處理、表面處理—機(jī)械加工—質(zhì)檢—成品出廠。
1.1石墨鑄造
20世紀(jì)50年代，美國率先將石墨鑄造工藝用于火車輪生產(chǎn)實踐中。在上型石墨塊的正中央加工了1個冒口，通過該冒口，使車輪踏面和輪緣部位與石墨直接接觸，便于鋼液充型。在澆冒口處設(shè)置了型芯、隔板式注孔砂芯和浮動砂芯。此外，在上型石墨塊起抬側(cè)的輪輞上表面沿圓周方向均勻開設(shè)6個的排氣孔，以便加速排氣。鑄型型腔內(nèi)附掛有砂襯，一方面能控制凝固過程;另一方面通過改變其形狀，又可比較靈活地改變輻板的尺寸和形狀。
1.2鑄件后處理工藝
鑄件經(jīng)過緩冷，消除內(nèi)部應(yīng)力；清理鑄件上的殘砂和毛刺等；熱處理，主要包括淬火和回火，改善車輪的硬度；表面處理，主要是噴丸處理，強(qiáng)化輻板和踏面的硬度；機(jī)械加工，最終達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求；最后一道工序是產(chǎn)品檢驗及出廠。
1.3鑄鋼車輪的特點
（1）石墨模具可以重復(fù)利用,通過調(diào)整模具中型砂量可以獲得所需要的輪輞厚度。
（2）鑄鋼輪是由鋼液在生產(chǎn)線上直接澆注成型，省去了鑄錠、截斷再加熱、水壓機(jī)成形、沖孔、軋制等諸多工藝，生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)和管理成本較低。
（3）鑄鋼車輪輻板為深盆型結(jié)構(gòu)，抗疲勞，抗熱裂的性能好。
（4）鑄鋼輪在鑄造過程中易產(chǎn)生雜質(zhì)、縮孔等缺陷，因此，不能用于重載的場合，同時塑性和韌性較差。
2、輾鋼整體輪
輾鋼整體輪：簡稱輾鋼輪，是由鋼錠或輪坯經(jīng)加熱輾軋而成，并經(jīng)淬火熱處理。輾鋼車輪工藝流程如下:電爐煉鋼→鋼包精煉(真空除氣)→澆鑄圓錠→制坯→稱重分類→加熱→高壓水除鱗→鐓粗壓痕→模鍛初成形→沖孔→擴(kuò)徑軋制→壓彎成形→等溫處理→淬火前加熱→輪輞淬火→回火處理→噴丸清理→機(jī)加工→預(yù)檢驗→無損檢測→靜平衡測試→噴丸強(qiáng)化→硬度測試→帶尺檢驗→標(biāo)記打印→涂裝入庫。
2.1模鍛工藝模鍛是輾鋼輪生產(chǎn)中的重要工序，隨著制造設(shè)備的更新?lián)Q代，輾鋼輪的生產(chǎn)效率獲得極大提高。對于輪徑不超過準(zhǔn)790mm的車輪可以采用全模鍛方法，即只經(jīng)過自由鐓粗、定徑壓痕、成型等工藝就可成型，省略了軋制。輪徑超過準(zhǔn)790mm的車輪需要模鍛、軋制、沖孔壓彎等整軋工藝。整軋車輪工藝應(yīng)用廣泛,尤其在客車車輪上。
（1）金屬冶煉→圓坯用切錠機(jī)床切割鋼錠，切割后的鋼錠通過環(huán)形加熱爐加熱，經(jīng)高壓水除鱗，去除材料表面氧化皮。
（2）鐓粗、定徑壓痕鋼坯加熱后可以獲得良好的塑性變形，然后在30MN水壓機(jī)上鐓粗壓痕。由于鐓粗后的坯料易變形,故需增加一個定徑環(huán)鐓粗工序,規(guī)整坯料外形。定徑壓痕的作用是分配金屬的分布,防止成型時有過多的金屬流向輪轂，該工序?qū)儆陬A(yù)成型。
（3）成型該工藝主要在80MN水壓機(jī)上實現(xiàn)，專用模具有上成型模、下成型模、成型環(huán)、成型上芯棒、下活套、下芯棒。工藝要求控制成型坯輻板厚度，輪輞四周充型均勻，輪緣充型良好。
2.2軋機(jī)軋制
車輪毛坯模鍛成型后其輻板厚度，輪輞厚度以及踏面和輪緣的外形是由車輪軋機(jī)控制的,目前常用有臥式車輪軋機(jī)和立式車輪軋機(jī)，每個軋輥都由獨立的電機(jī)控制。工作過程如下：首先將車輪鍛件對中安裝，通過導(dǎo)向輥與其的摩擦力帶動輪坯旋轉(zhuǎn)；然后由電機(jī)分別驅(qū)動1個主軋輥和2個壓緊輥同時靠近輪坯，通過調(diào)節(jié)主軋輥的水平位移來軋制輪輞的厚度；接著由電機(jī)驅(qū)動2個上、下斜輥靠近輪坯，通過調(diào)節(jié)兩個斜輥的水平、上下位移來軋制輻板的厚度和輪輞的寬度；最后激光檢測裝置將檢測到的輪坯實時直徑數(shù)據(jù)反饋給系統(tǒng)，并傳輸出相應(yīng)指令來驅(qū)動七輥聯(lián)合作用，最終加工出符合要求的車輪外形。
2.3沖孔與壓彎輪坯的沖孔與壓彎多是在壓力機(jī)上完成的，主要參數(shù)為輪輞高度h，每個車輪的輪輞高度誤差范圍控制在1mm以內(nèi)。沖孔是沖壓車輪的輪轂孔，用于車軸配合。壓彎是使用專用成型模具將車輪輻板壓制成規(guī)定形狀。
2.4輾鋼輪的特點
（1）輾鋼輪強(qiáng)度高、韌性好、自重輕、安全可靠，運(yùn)用中不會發(fā)生輪箍松弛和崩裂故障，適應(yīng)載重大和運(yùn)行速度高的場合。
（2）維修費(fèi)用較低，輪緣磨耗過限后可以堆焊，踏面磨耗后可以旋削，能多次旋削使用等優(yōu)點。所以，它是我國鐵路車輛上采用的主型車輪。但輾鋼輪制造工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，踏面的耐磨性較差。
3、各種化學(xué)成分對組織性能的影響
目前使用的火車輪大部分是用中高碳鋼制造的，含碳量w(％)為0.45~0.80，較高的含碳量會提高材料的強(qiáng)度和硬度，但韌性下降，而貝氏體車輪鋼含碳量少，組織性能良好，開始受到關(guān)注。對比鑄鋼輪與輾鋼輪化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)C與Mn含量最高，超過0.5%；Si含量次之，S含量最少。為了測試不同化學(xué)元素含量對力學(xué)性能的影響，在車輪輪輞同一位置處（距踏面10mm）取若干組標(biāo)準(zhǔn)試樣，在試驗機(jī)上測試其力學(xué)性能。
3.1C含量的影響一般而言隨著碳含量的增加,車輪鋼的耐磨性和抗疲勞性會提高,車輪踏面磨損量減輕；但是車輪的塑性、韌性、抗沖擊性變差。C含量在0.55%～0.65%，綜合性能最好。
3.2S含量的影響
提高硫的含量，可改善車輪鋼的切削性能及韌性，但是硫含量過度增加會導(dǎo)致MnS、CaS雜質(zhì)增多,在電鏡下觀測到的雜質(zhì)形貌形狀不規(guī)則，在交變循環(huán)的輪軌接觸應(yīng)力作用下易破碎，從而在輪輞內(nèi)部萌生裂紋，影響車輪使用壽命。鑒于此，硫含量一般少于0.04％。
3.3Mn含量的影響
（1）Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑。鋼中一般都含有一定量的錳，它能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，從而改善鋼的熱加工性能。
（2）Mn在鋼中可以降低臨界轉(zhuǎn)變溫度，細(xì)化珠光體晶粒,減小珠光體片層間距,提高珠光體鋼的強(qiáng)度。當(dāng)錳在鋼中的含量為0.50%~0.80%時，珠光體片層間距較小，組織均勻。
3.4Si含量的影響
提高Si含量可以改善車輪抗剝離性能。同時硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強(qiáng)度，因此對于耐磨性要求較高的重載貨車車輪鋼,盡量提高Si含量，來減少材料的磨損。當(dāng)Si含量在0.15％～0.35％時，綜合性能較好。
4、小結(jié)
（1）鑄鋼車輪加工工藝流程少，效率高，但由于鑄造技術(shù)本身的缺陷使得鑄鋼車輪應(yīng)用受到一定局限。
（2）輾鋼車輪的塑性和韌性較好，車輪可以多次旋修來消除材料表面缺陷，可利用率高，目前是高鐵動車組主要輪型，但是制造工藝復(fù)雜，成本高。
（3）不同化學(xué)元素對車輪鋼的材料性能有不同影響，C影響材料的強(qiáng)度和韌性；S影響輪輞內(nèi)部夾雜物的產(chǎn)生；Mn可以細(xì)化珠光體晶粒，改善材料的強(qiáng)度；Si可以提高材料的抗破壞能力；因此合理確定各種成分的含量，對提高車輪的使用壽命具有重要意義。